EP0461131A1 - Device for relieving axial thrusts. - Google Patents

Abstract

Un dispositif d'équilibrage de poussées axiales dans des turbomachines forme un module séparé avec des paliers axiaux (9, 11; 10, 12) et/ou radiaux (17, 18), les écartements entre les paliers axiaux constituant en même temps les écartements de réglage (A, B, C) de l'élément d'équilibrage (3) situé à l'intérieur du dispositif. Ce dispositif assure aussi bien l'équilibrage de poussées axiales éventuelles que la suspension de la partie rotative d'une turbomachine.An axial thrust balancing device in turbomachines forms a separate module with axial bearings (9, 11; 10, 12) and / or radial bearings (17, 18), the spacings between the axial bearings simultaneously constituting the spacings adjustment (A, B, C) of the balancing element (3) located inside the device. This device ensures both the balancing of any axial thrusts and the suspension of the rotary part of a turbomachine.

Description

K S B A k t i e n g e s e l l s c h a f t K S B A c t i e n e s e l l s c h a f t

Beschreibungdescription

AxialschubentlastungseinrichtungAxial thrust relief device

Die Erfindung betrifft eine Entlastungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a relief device according to the preamble of the main claim.

Strömungsmaschinen ein- oder mehrstufiger Bauart weisen häufig eine Axialschubentlastungseinrichtung auf, um die innerhalb der Maschine vorherrschenden Schubkräfte des Rotors ausgleichen zu können. Unterschiedliche Bauarten von Axial- schubentlastungseinrichtungen sind beispielsweise in dem KSB-Kreiselpumpenlexikon dargestellt und ausführlich beschrieben. Bekannte Entlastungseinrichtungen, zum Beispiel gemäß der DE-A 1 453 787 oder der DE-A 1 528 720, sehen scheibenförmige oder kolbenförmige Entlastungselemente zum Schubausgleich vor. Diesen Teilen sind Stopfbuchsen bzw. Lager nachgeordnet, innerhalb derer die rotierenden Teile der Strömungsmaschine aufgenommen werden. Entsprechend dem Anwendung findenden Schmiermittel können die Lager innerhalb oder außerhalb des Strömungsmaschinengehäuses angeordnet sein. Den bekannten Entlastungseinrichtungen ist das Merkmal gemeinsam, daß sie neben einem erheblichen Platzbedarf und einem großen Bauteileaufwand auch hohe Strömungsverluste aufweisen, da sie mit bereits gefördertem Medium beaufschlagt werden.Turbomachines of single or multi-stage design often have an axial thrust relief device in order to be able to compensate for the thrust forces of the rotor prevailing within the machine. Different types of axial thrust relief devices are shown, for example, in the KSB centrifugal pump lexicon and described in detail. Known relief devices, for example according to DE-A 1 453 787 or DE-A 1 528 720, provide disk-shaped or piston-shaped relief elements for thrust compensation. These parts are followed by stuffing boxes or bearings within which the rotating parts of the turbomachine are accommodated. Depending on the lubricant used, the bearings can be arranged inside or outside the turbomachine housing. The known relief devices have the feature in common that, in addition to a considerable amount of space and a large amount of components, they also have high flow losses, since they are supplied with medium that has already been conveyed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Ausgleich des Axialschubes eine vielseitig verwendbare Entlastungs¬ einrichtung zu entwickeln, die bei erheblich verringertem Bauaufwand kleinere Strömungsverluste aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.The invention has for its object to develop a versatile relief device to compensate for the axial thrust, which with significantly reduced Construction costs have smaller flow losses. This object is achieved in accordance with the characterizing part of the main claim.

Die Ausbildung der Entlastungseinrichtung als selbständige bauliche Einheit, wobei alle funktionsnotwendigen Teile innerhalb eines einfach zu montierenden Gehäuses angeordnet sind, stellt ein Minimum an Arbeitsaufwand dar. Denn es ist lediglich erforderlich, das mit der Welle rotierende Entlastungselement auf der Welle in bekannter Weise zu fixieren und ein das Entlastungselement umgebende, alle wesentlichen Teile aufweisende Gehäuse in einer entsprechenden Aufnahme des Strömungsmaschinengehäuses anzuordnen. Aufwendige Einstellarbeiten des rotierenden Systems in bezug auf die gehäusefesten Teile der Entlastungs¬ einrichtung können somit entfallen, da hier bereits eine Vorfertigung beim Hersteller möglich ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Integration der für die Lagerung des rotierenden Strömungsmaschinenteiles notwendigen Radial- und/oder Axiallager in die Entlastungseinrichtung. Damit entfallen weitere aufwendige Justierarbeiten, beispielsweise bei der Montage der Welle. Somit kann in eine einzige bauliche Einheit die Funktion von Wellenlagerung, Axialschubausgleich und AxialSchubaufnahme integriert werden. Die so bedingte gravierende Verringerung des Bauaufwandes bewirkt zudem eine erhebliche Verkürzung der Baulänge der rotierenden Teile, wodurch zusätzlich eine Verbesserung des Schwingungsverhaltens des Rotors erreicht wird.The design of the relief device as an independent structural unit, with all functionally necessary parts being arranged within an easy-to-assemble housing, represents a minimum of work. Because it is only necessary to fix the rotating relief element on the shaft in a known manner and to arrange a housing surrounding the relief element and having all the essential parts in a corresponding receptacle of the turbomachine housing. Complex adjustment work of the rotating system in relation to the parts of the relief device fixed to the housing can thus be dispensed with, since prefabrication at the manufacturer is already possible here. A further advantage results from the integration of the radial and / or axial bearings necessary for the mounting of the rotating turbomachine part into the relief device. This eliminates further complex adjustment work, for example when assembling the shaft. The function of shaft support, axial thrust compensation and axial thrust mounting can thus be integrated into a single structural unit. The resulting serious reduction in construction costs also brings about a considerable reduction in the length of the rotating parts, which additionally improves the vibration behavior of the rotor.

Das Anwendung findende Entlastungselement basiert auf dem Prinzip der an sich bekannten Entlastungsscheibe, wobei es bei gleichzeitiger Verwendung als Radiallager die Form eines Entlastungskolbens aufweist. In den Unteransprüchen sind verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben und deren Vorteile werden im folgenden aufgeführt: Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung ergibt sich ein Bauteil, welches für horizontale und vertikale Strömungs¬ maschinen, wie Pumpen und Motorpumpenaggregate, sowohl den Axialschubausgleich als auch die Radial- und Axiallagerung übernimmt. Hierbei werden infolge des im Normalbetrieb ausgeglichenen Axialschubes die Axiallager nur vernach¬ lässigbar gering belastet. Das komplette Bauteil ist direkt in die Strömungsmaschine integrierbar, wodurch externe Lager mit Einrichtungen zur Schmiermittel- und Kühlmittelversorgung und deren Überwachung entbehrlich werden. Auch sind die Lager bei niedrig viskosen und warmen Flüssigkeiten verwendbar und der Bauteilaufwand ist gegenüber den herkömmlichen Lösungen um ein Vielfaches geringer. Letzteres bietet die Möglichkeit zur Einrichtung einer standarisierten kompakten Baukasten¬ gruppe. Wesentlich für die Energiebilanz des gesamten Aggregates ist der durch die weiche Drosselung des Entlastungsmediums über enge Axiallagerspalte bedingte erheblich verringerte Leckstromverlust.The relief element used is based on the principle of the known relief plate, whereby it has the shape of a relief piston when used simultaneously as a radial bearing. Various configurations of the invention are described in the subclaims and their advantages are listed below: With the configuration according to the invention, a component results which is suitable for horizontal and vertical turbomachines, such as pumps and motor-pump assemblies, both the axial thrust compensation and the radial and axial bearings takes over. As a result of the axial thrust which is balanced in normal operation, the axial bearings are loaded only negligibly. The entire component can be integrated directly into the turbomachine, making external bearings with devices for lubricant and coolant supply and their monitoring unnecessary. The bearings can also be used with low-viscosity and warm liquids and the component expenditure is many times lower than with conventional solutions. The latter offers the possibility of setting up a standardized compact modular group. What is essential for the energy balance of the entire unit is the considerably reduced leakage current loss caused by the soft throttling of the relief medium via narrow axial bearing gaps.

Die in den Ansprüchen 11 bis 14 beschriebenen Ausgestaltungen sind gekennzeichnet durch eine in das Entlastungselement integrierte Fördereinrichtung. Damit ist die Möglichkeit gegeben, beispielsweise die Entlastungseinrichtung auch in den Motor eines stopfbuchslosen Pumpen-Motor-Aggregates zu integrieren. Die für die Funktion der Entlastungseinheit notwendige Druckdifferenz wird durch die Förderkanäle erzeugt, welche beispielsweise aus einfachen, an sich bekannten Bohrungen bestehen können. Damit kann an einem Motorende die Entlastungseinrichtung als kompakte Lager- Achsschubausgleichseinheit eingebaut werden.The embodiments described in claims 11 to 14 are characterized by a conveyor device integrated in the relief element. This gives the possibility, for example, of also integrating the relief device into the motor of a glandless pump-motor unit. The pressure difference necessary for the function of the relief unit is generated by the delivery channels, which can consist, for example, of simple bores known per se. This means that the relief device can be installed as a compact bearing axle thrust compensation unit at one motor end.

Die den Regelspalt bildenden Lagerteile können auch durch das Anbringen von sogenannten Panzerschichten auf das Gehäuse und/oder das Entlastungselement erzeugt werden. Hierbei werden im Bereich der vorzusehenden Lager Materialien höherer Beständigkeit aufgeschweißt, aufgespritzt oder in entsprechender Weise angebracht. Auch ist es möglich, für das Entlastungselement bzw. das Gehäuse direkt Materialien Anwendung finden zu lassen, welche für Lagerzwecke geeignet und fluidbeständig sind. Somit genügt es, die den Regelspalt bildenden Lagerteile beispielsweise spanabhebend aus den Teilen der Entlastungseinrichtung herauszuarbeiten.The bearing parts forming the control gap can also be produced by attaching so-called armor layers to the housing and / or the relief element. Here In the area of the bearings to be provided, materials of higher resistance are welded on, sprayed on or attached in a corresponding manner. It is also possible to use materials for the relief element or the housing which are suitable for storage purposes and are fluid-resistant. It is therefore sufficient to work out the bearing parts forming the control gap, for example by machining, from the parts of the relief device.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen dieEmbodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below. They show

Fig. 1 bis 3 verschiedene Positionen des Entlastungs¬ elementes, die1 to 3 different positions of the Entlastungs¬ element

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung den Aufbau der Entlastungseinrichtung und dieFig. 4 in an enlarged view the structure of the relief device and

Fig. 5 eine Entlastungseinrichtung mit integrierter Fördereinrichtung.Fig. 5 is a relief device with an integrated conveyor.

Die in Fig. 1 gezeigte bauliche Einheit (1) besteht aus einem zweiteiligen Gehäuse (2.1, 2.2), welches ein Entlastungs¬ element (3) umhüllt, wobei letzteres in an sich bekannter Weise fest auf einer Welle (4) befestigt ist. Es handelt sich hierbei um eine Anbringung am antriebsfernen oder antriebs¬ nahen Wellenende einer Strömungsmaschine. Die axialen Stirnseiten (5, 6) des Entlaεtungselementes (3) bilden zusammen mit auf unterschiedlichen Durchmessern des Gehäuses (2.2, 2.1) angeordneten Gehäusewandteilen (7, 8) Regelspalte (A, B). Bei einem stabilen Betriebszustand mit ausgeglichenem Axialschub sind die Spalte (A) und (B) annähernd gleich groß. In der Zeichnung wird dies durch ein in das Entlastungs¬ element eingezeichnetes Doppelpfeilsymbol mit einer mittig angeordneten Null gekennzeichnet. Die Druck erzeugende Seite der Strömungsmaschine befindet sich bei diesen Darstellungen jeweils rechts von der Entlastungseinrichtung.The structural unit (1) shown in FIG. 1 consists of a two-part housing (2.1, 2.2) which envelops a relief element (3), the latter being firmly attached to a shaft (4) in a manner known per se. This is an attachment to the shaft end of a turbomachine remote from or near the drive. The axial end faces (5, 6) of the relief element (3) together with housing wall parts (7, 8) arranged on different diameters of the housing (2.2, 2.1) form control gaps (A, B). In a stable operating condition with balanced axial thrust, the gaps (A) and (B) are approximately the same size. In the drawing, this is indicated by a double arrow symbol with a center in the relief element ordered zero marked. In these representations, the pressure-generating side of the turbomachine is located to the right of the relief device.

In der Fig. 2 ist eine Position des Entlastungselementes (3) gezeigt, bei welcher der Regelspalt (A) größer als der der Strömungsmaschinenseite zugekehrte Regelspalt (B) ist. Als Folge davon entsteht ein Ausgleichs- oder Restaxialschub des Entlastungselementes zur linken Seite und damit zur Endseite der Strömungsmaschine, so daß die Regelspaltweiten (A, B) sich wieder angleichen.2 shows a position of the relief element (3) in which the control gap (A) is larger than the control gap (B) facing the turbomachine side. As a result, there is a compensation or restaxial thrust of the relief element to the left side and thus to the end side of the turbomachine, so that the control gap widths (A, B) align again.

Den umgekehrten Fall wiederum zeigt die Fig. 3, bei der der zunächst kleinere Regelspalt (A) durch den Ausgleichs- oder Restaxialschub des Entlastungselementes zur rechten Seite und damit zur Strömungsmaschinenseite vergrößert und der zunächst größere Regelspalt (B) wieder verkleinert wird.The reverse case is shown in FIG. 3, in which the initially smaller control gap (A) is enlarged to the right side and thus to the turbomachine side by the equalizing or restaxial thrust of the relief element and the initially larger control gap (B) is reduced again.

Die Fig. 4 zeigt eine detailliertere Darstellung einer als selbständige bauliche Einheit ausgebildeten Entlastungs¬ einrichtung (1). Das Gehäuse ist asymmetrisch geteilt und verfügt über zwei Gehäusehälften (2.1, 2.2), die ein drehmomentübertragend auf einer Welle (4) befestigtes Entlastungselement (3) umschließen. Das Entlastungselement (3) weist rotierende Axiallagerelemente (9, 10) auf, wobei diese mit jeweils gegenüberliegenden stationären Axiallager¬ elementen (11, 12) zusammenwirken. Dazwischen befinden sich Regelspalte (A) und (B), die bei nicht ausgeglichenen Axialschubverhältnissen jeweils gegen Null gehen und damit die Axiallagerfunktionen übernehmen. Im Normalfall bewirken die Regelspalte den Ausgleich des Axialschubes ohne Anlage der spaltbegrenzenden Bauteile. Die Axiallagerspalte bilden hier gleichzeitig die Regelspalte für das Entlastungselement. Da der Flüssigkeitsdruck im Raum (13), welcher mit der Druckseite (14) der Strömungsmaschine in Verbindung steht, größer als der Druck in dem der Ausgleichseinrichtung nachgeordneten Raum (14) ist, wird der Regelspalt (B) von innen nach außen und der Regelspalt (A) von außen nach innen durchströmt. Bedingt durch die Drosselwirkung der Regelspalte (A, B) ergibt sich im Raum (15) ein kleinerer Druck als im Raum (13) und wiederum im Raum (16) ein höherer Druck als im Raum (1 ) . Hierbei kann der Druck im Raum (15) gleich oder größer sein als der Druck im Raum (16). Bei einem vorhandenen Axialschub der Strömungsmaschine und einer bestehenden Druckdifferenz in den Räumen (13, 14) ergeben sich durch eine geeignete Durchmesserwahl der Axiallagerelemente (9, 11 und 10, 12) in den Regelspalten (A, B, C) Kolbenkräfte, welche dem Axialschub der Strömungsmaschine das Gleichgewicht halten. Den Spalt (C) bildet in diesem Fall der Außendurch¬ messer einer rotierenden Radiallagerhülse (17) und der Innendurchmesser einer stationären Radiallagerbüchse (18), wobei letztere im Gehäuseteil (2.2) fest eingesetzt ist. Da der Radiallagerspalt (C) in seiner radialen Weite nicht veränderbar ist, kann über eventuelle Längsnuten (19) bzw. über Bypasskanäle (20) eine Anpassung an die Druckdifferenz in den Räumen (15, 16) vorgenommen werden.FIG. 4 shows a more detailed illustration of a relief device (1) designed as an independent structural unit. The housing is divided asymmetrically and has two housing halves (2.1, 2.2) which enclose a relief element (3) attached to a shaft (4) for torque transmission. The relief element (3) has rotating axial bearing elements (9, 10), these interacting with opposing stationary axial bearing elements (11, 12). In between there are control gaps (A) and (B), which go to zero when the axial thrust conditions are not balanced and thus take over the axial bearing functions. In the normal case, the control gaps compensate for the axial thrust without contacting the gap-limiting components. The axial bearing gaps here also form the control column for the relief element. Since the liquid pressure in space (13), which is connected to the pressure side (14) of the turbomachine, is greater than the pressure in that of the compensating device downstream space (14), the control gap (B) flows from the inside to the outside and the control gap (A) from the outside to the inside. Due to the throttling action of the control gaps (A, B), the pressure in the room (15) is lower than in the room (13) and again in the room (16) a higher pressure than in the room (1). The pressure in the room (15) can be equal to or greater than the pressure in the room (16). If there is an axial thrust of the turbomachine and an existing pressure difference in the rooms (13, 14), a suitable choice of diameter for the axial bearing elements (9, 11 and 10, 12) results in piston forces in the control gaps (A, B, C) which give the axial thrust keep the flow machine in balance. In this case, the gap (C) is formed by the outer diameter of a rotating radial bearing sleeve (17) and the inner diameter of a stationary radial bearing sleeve (18), the latter being firmly inserted in the housing part (2.2). Since the radial width of the radial bearing gap (C) cannot be changed, any adjustment to the pressure difference in the rooms (15, 16) can be made via possible longitudinal grooves (19) or bypass channels (20).

Bei Störungen im Betrieb der Strömungsmaschine oder bei im Stillstand oder während des Fahrbetriebes auftretenden Axialschubdifferenzen, zum Beispiel Systemdruck und nur eine Wellendurchführung, müssen die nicht ausgeglichenen Axialschübe von einem Axiallager aufgenommen werden. Diese Axiallager sind in der Lage, Axialschübe in beiden Richtungen aufzunehmen. In erfindungsgemäßer Weise übernehmen dabei die Axiallagerelemente (10, 12) die Axiallagerung bei Betriebs- zuständen mit nicht ausgeglichenen Axialschüben zur Endseite, hier die linke Seite, und die Axiallagerelemente (9, 11) zur Strömungsmaschinenseite hin. Bei allen Betriebszuständen erfolgt die Radiallagerung durch die Radiallagerteile (17, 18). Bei dem gezeigten Beispiel erfolgt die Schmierung der Lagerteile durch das Fördermedium, wodurch für die Lagerelemente ein Werkstoff notwendig ist, welcher gute Gleiteigenschaften und hohe Abriebfestigkeiten aufweist. In geeigneter Weise können hierfür Siliciumcarbid oder andere Keramiken bzw. Hartmetalle als Einsatzteile oder direkt aufgespritzte bzw. gepanzerte Schichten auf die Teile (3, 2.1 und 2.2) oder entsprechend geeignete Werkstoffe zur Herstellung der Teile (3, 2.1 und 2.2) Anwendung finden. Infolge der Drosselwirkung in den Regelspalten (A) und (B) sind derartige Werkstoffe auch beim Auftreten eines hydroabrasiven Verschleißes verwendbar. Die hohe Sprödigkeit derartiger Werkstoffe erfordert eine Befestigung der Bauteile, bei der nur Druckspannungen in die zu befestigenden Teile eingeleitet werden. In denjenigen Fällen, in denen dies nicht möglich ist, dürfen nur geringe Zug- oder Biegebelastungen zugelassen werden.In the event of malfunctions in the operation of the turbomachine or in the event of axial thrust differences occurring at a standstill or while driving, for example system pressure and only one shaft bushing, the unbalanced axial thrusts must be accommodated by an axial bearing. These thrust bearings are able to accommodate thrust thrust in both directions. In the manner according to the invention, the thrust bearing elements (10, 12) take over the thrust bearing in operating states with unbalanced axial thrust to the end side, here the left side, and the thrust bearing elements (9, 11) to the turbomachine side. In all operating states, the radial bearings are carried out by the radial bearing parts (17, 18). In the example shown, the bearing parts are lubricated by the conveying medium, which means that a material is required for the bearing elements that has good sliding properties and high abrasion resistance. In a suitable manner, silicon carbide or other ceramics or hard metals can be used as insert parts or directly sprayed or armored layers on the parts (3, 2.1 and 2.2) or correspondingly suitable materials for producing the parts (3, 2.1 and 2.2). As a result of the throttling effect in the control gaps (A) and (B), such materials can also be used when hydroabrasive wear occurs. The high brittleness of such materials requires the components to be fastened, in which only compressive stresses are introduced into the parts to be fastened. In those cases where this is not possible, only slight tensile or bending loads may be permitted.

In dem gezeigten Ausführungεbeispiel sind die Axiallager¬ elemente (9,10) in das Entlastungselement (3) eingeschrumpft, so daß sie unter Druckspannung stehen. Die damit zusammen¬ wirkenden stationären Axiallagerelemente (11, 12) könnten ebenfalls am Außendurchmesser in die Gehäuseteile (2.1, 2.2) eingeschrumpft werden; gezeigt ist aber eine sinnvollere Lösung, welche diesen Bauteilen eine Möglichkeit zur Anpassung an ihre entsprechend gegenüberliegenden und damit zusammenwirkenden Axiallagerelemente ermöglicht. Erreicht wird dies durch einen in gewissen Grenzen frei beweglichen Einbau innerhalb der Gehäuseteile (2.1, 2.2). Zur Vermeidung von Zugspannungen durch die radialen Druckdifferenzen von innen nach außen sind Schrumpfringe (21, 22) am Außendurchmesser der Axiallagerelemente (11, 12) aufgebracht worden, wobei Dichtringe (23, 24) in diesem Fall eine Bypassurastrδmung der Bauteile (11, 12) verhindern. Infolge der Anordnung der Dichtringe (23, 24) wird die vorhandene Druckdifferenz die Axiallagerelemente (11, 12) jeweils in die Gehäuseteile (2.1) und (2.2) hineindrücken. Eine eventuelle Anpaßbewegung bzw. Anpreßbewegung der Bauteile (11, 12) an ihre zugehörigen Gegenringe ermöglichen Federelemente (25).In the exemplary embodiment shown, the axial bearing elements (9, 10) are shrunk into the relief element (3), so that they are under compressive stress. The stationary axial bearing elements (11, 12) interacting therewith could also be shrunk into the housing parts (2.1, 2.2) on the outside diameter; however, a more sensible solution is shown, which enables these components to be adapted to their correspondingly opposing and thus interacting axial bearing elements. This is achieved by a freely movable installation within the housing parts (2.1, 2.2) within certain limits. In order to avoid tensile stresses due to the radial pressure differences from the inside to the outside, shrink rings (21, 22) have been applied to the outer diameter of the axial bearing elements (11, 12), sealing rings (23, 24) in this case causing the components (11, 12) to flow through prevent. As a result of the arrangement of the sealing rings (23, 24), the existing pressure difference is in the axial bearing elements (11, 12) Push in housing parts (2.1) and (2.2). A possible adaptation or pressing movement of the components (11, 12) to their associated counter rings enables spring elements (25).

Die stationäre Radiallagerbüchse (18) ist hier ebenfalls in das Gehäuseteil (2.2) eingeschrumpft. Im Gegensatz dazu ist die rotierende Radiallagerhülse (17) anders befestigt. Für denjenigen Anwendungsfall, bei dem ausschließlich ein gleichbleibend kühles Fördermedium Anwendung findet, kann die rotierende Radiallagerhülse (17) mit einem leichten Schiebesitz auf das Entlastungselement aufgeschoben werden. Bei denjenigen Anwendungsfällen jedoch, bei denen wegen höherer Temperaturen und unterschiedlicher Wärmeausdehnungs¬ koeffizienten die Gefahr von Zugspannungen entsteht, findet die in der Zeichnung dargestellte Lösung Anwendung. Hierbei ist zwischen dem Entlastungselement (3) und der aus Keramik bestehenden Lagerhülse (17) eine federnd nachgiebige Hülse (26) angeordnet, welche gleichzeitig eine zentrierende Verbindung sicherstellt. Diese Hülse weist punktförmige Anlagen zwischen dem Entlastungselement sowie der Radial¬ lagerhülse (17) auf. Längsschlitze (27) verhindern das Auftreten von unerwünschten Spannungen in der Hülse (26). In axialer Richtung wirkt auf die keramische Radiallagerhülse durch zwei dichtend verspannte Dichtringe (28) eine Druckbelastung ein.The stationary radial bearing bush (18) is also shrunk into the housing part (2.2). In contrast, the rotating radial bearing sleeve (17) is attached differently. For those applications in which only a consistently cool fluid is used, the rotating radial bearing sleeve (17) can be pushed onto the relief element with a slight sliding fit. However, in those applications in which there is a risk of tensile stresses due to higher temperatures and different coefficients of thermal expansion, the solution shown in the drawing is used. A resilient sleeve (26) is arranged between the relief element (3) and the ceramic bearing sleeve (17), which at the same time ensures a centering connection. This sleeve has point-like contact between the relief element and the radial bearing sleeve (17). Longitudinal slots (27) prevent the occurrence of undesirable tensions in the sleeve (26). In the axial direction, a pressure load acts on the ceramic radial bearing sleeve by means of two sealing rings (28).

Die Darstellung der Fig. 5 unterscheidet sich von der Darstellung der Fig. 4 durch die zusätzlich in das Entlastungselement (3) integrierte Fördereinrichtung. Diese besteht aus den Förderkanälen (29) und den Eintrittsöffnungen (30, 31). Da sich die Entlastungseinrichtung hier am Ende einer Motorwelle (32) befindet, ist die Eintrittsöffnung (31) als zentrale Öffnung ausgebildet, während die dem Regelspalt (B) nachgeordnete Eintrittsδffnung (30) aus mehreren, hier in Richtung Welle verlaufenden Bohrungen besteht. Auch die Förderkanäle können als einfache Bohrungen ausgebildet sein. Durch einen diagonalen Verlauf in Richtung des Lagerelementes (17) könnten die die Eintrittsöffnung (30) bildenden Bohrungen gleichzeitig eine Förderfunktion erfüllen.The illustration in FIG. 5 differs from the illustration in FIG. 4 in that the conveyor device is additionally integrated in the relief element (3). This consists of the delivery channels (29) and the inlet openings (30, 31). Since the relief device is located at the end of a motor shaft (32), the inlet opening (31) is designed as a central opening, while the inlet opening (30) downstream of the regulating gap (B) consists of several bores running in the direction of the shaft. The delivery channels can also be designed as simple bores. Due to a diagonal course in the direction of the bearing element (17), the bores forming the inlet opening (30) could simultaneously fulfill a conveying function.

Zwischen den hier zweiteilig ausgebildeten, im Gehäuse angeordneten Lagerelementen (18) sind Durchströmöffnungen (33) angeordnet, die als zusätzliche Maßnahme für die Erzeugung eines Kühlkreislaufes innerhalb des nachgeordneten Motors sorgen. In der gezeigten Anordnung bilden sich nach den Förderkanälen (29) die gezeigten drei Teilströme aus. Die Teilströme (Q 1, Q 2) fließen den Regelspalten (A, B) zu, während der Teilstrom (Q 3) für den Motorkühlkreislauf zuständig ist. Nach Passieren der Regelspalte (C, A und B) strömen die Teilströme (Q 1, Q 2) wieder der Entlastungs¬ einrichtung zu. Ohne die Durchεtrömöffnung (33) würden die Förderkanäle nur die Entlastungseinrichtung versorgen. Die Funktion der Entlastungseinrichtung wäre auch gewährleistet, wenn die hier gezeigten Regelspalte (A, B) auf gleichem Durchmesser angeordnet wären, da über die unterschiedlichen Regelspaltweiten (A) und (B) wegen der in Durchflußrichtung vorgelagerten festen Drosselspalte (C) sich unterschiedliche Drücke an den Stirnflächen des Entlastungselementes (3) zwischen seinem Außendurchmesser und den Regelspalten (A, B) einstellen und so eine axiale Ausgleichskraft erzeugen.Flow-through openings (33) are arranged between the two-part bearing elements (18) in the housing, which as an additional measure provide for the generation of a cooling circuit within the downstream motor. In the arrangement shown, the three partial flows shown are formed after the delivery channels (29). The partial flows (Q 1, Q 2) flow to the control columns (A, B), while the partial flow (Q 3) is responsible for the engine cooling circuit. After passing through the control column (C, A and B), the partial flows (Q 1, Q 2) flow back to the relief device. Without the flow opening (33), the delivery channels would only supply the relief device. The function of the relief device would also be ensured if the control gaps (A, B) shown here were arranged on the same diameter, since different pressures occur across the different control gap widths (A) and (B) due to the fixed throttle gaps (C) upstream adjust the end faces of the relief element (3) between its outer diameter and the control gaps (A, B) and thus generate an axial balancing force.

Der Vorteil der hier gezeigten Lösung besteht darin, daß bei der Förderung niedrig viskoser Flüssigkeiten während des normalen Betriebszustandes kein Mischreibungsbetrieb entstehen kann. Nur während weniger Umdrehungen beim Anfahren bzw. Auslaufen der Pumpe existiert noch Mischreibung. Danach entsteht infolge der Fördereinrichtung in der Entlastungs¬ einrichtung sofort ein so großer Druck, welcher Flüssigkeits¬ reibung sicherstellt. Damit ergibt sich im Dauerbetrieb ein berührungs- und verschleißfreier Betriebszustand. The advantage of the solution shown here is that when low-viscosity liquids are conveyed, mixed friction operation cannot occur during normal operating conditions. Mixed friction only exists during a few revolutions when starting or stopping the pump. Thereafter, as a result of the conveying device in the relief device, there is immediately such a high pressure which ensures fluid friction. This results in a non-contact and wear-free operating state in continuous operation.

Claims

Patentansprüche Claims

1. Entlastungseinrichtung für Strömungsmaschinen, mit einem auf einem rotierenden Maschinenteil angeordneten Entlastungselement, welches in Verbindung mit am Gehäuse angebrachten Drosselspalten einen Axialschubausgleich gewährleistet, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungseinrichtung (1) als selbständige oder maschinenintegrierte bauliche Einheit an der Strömungs¬ maschine anbringbar ist und daß innerhalb der Einheit ein Entlastungselement (3) und damit zusammenwirkende Regel¬ spalte (A, B, C) sowie Radiallager (17, 18) und/oder Axiallager (9, 11; 10, 12) angeordnet sind.1. Relief device for turbomachines, with a relief element arranged on a rotating machine part, which ensures axial thrust compensation in connection with throttle gaps attached to the housing, characterized in that the relief device (1) can be attached to the turbomachine as an independent or machine-integrated structural unit and that a relief element (3) and cooperating control gaps (A, B, C) as well as radial bearings (17, 18) and / or axial bearings (9, 11; 10, 12) are arranged within the unit.

2. Entlastungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit ein mindestens zweiteilig ausgebildetes, die Teile der Entlastungseinrichtung umhüllendes Gehäuse (2.1, 2.2) aufweist.2. Relief device according to claim 1, characterized in that the unit has an at least two-part, the parts of the relief device enveloping housing (2.1, 2.2).

3. Entlastungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen axialen Stirnseiten (5, 6) des Entlastungselementes (3) und gegenüber¬ liegenden Gehäusewandteilen (7, 8) an sich bekannte Regelspalte (A, B) bestehen.3. Relief device according to claims 1 and 2, characterized in that there are known control gaps (A, B) between axial end faces (5, 6) of the relief element (3) and opposite housing wall parts (7, 8).

4. Entlastungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einander gegenüberliegenden radialen Umfangsflächen des Entlastungselementes (3) und des Gehäuses (2.1, 2.2) ein an sich bekannter Drosselspalt (C) ausgebildet ist. 4. Relief device according to claims 1 and 2, characterized in that a throttle gap (C) known per se is formed between opposite radial peripheral surfaces of the relief element (3) and the housing (2.1, 2.2).

5. Entlastungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den axialen Stirnseiten (5, 6) des Entlastungselementes (3) und den gegenüber¬ liegenden Gehäuseseiten (7, 8) Axiallagerele ente (9, 11; 10, 12) angeordnet sind.5. Relief device according to claims 1 to 4, characterized in that on the axial end faces (5, 6) of the relief element (3) and the opposite housing sides (7, 8) Axiallagerele ente (9, 11; 10, 12) are arranged.

6. Entlastungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Axiallagerelemente (9, 11; 10, 12) auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnet sind.6. Relief device according to claim 5, characterized gekenn¬ characterized in that the axial bearing elements (9, 11; 10, 12) are arranged on different diameters.

7. Entlastungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der radialen Umfangsflache des Entlastungselementes (3) und an der gegenüber¬ liegenden Gehäuseinnenwand ein oder mehrere Radiallager angeordnet sind.7. Relief device according to claims 1 to 6, characterized in that one or more radial bearings are arranged on the radial peripheral surface of the relief element (3) and on the opposite inner wall of the housing.

8. Entlastungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß am Entlastungselement (3) und/oder am Gehäuse (2.1, 2.2) Radiallagerteile (17, 18) angeordnet sind.8. Relief device according to claim 7, characterized gekenn¬ characterized in that the relief element (3) and / or on the housing (2.1, 2.2) radial bearing parts (17, 18) are arranged.

9. Entlastungseinrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente (9-12, 17, 18) als keramische Bauteile ausgebildet sind.9. Relief device according to claims 5 to 8, characterized in that the bearing elements (9-12, 17, 18) are designed as ceramic components.

10. Entlastungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß von den Lagerpaarungen mindestens ein Lagerelement (10, 11, 17) elastisch nachgiebig angeordnet ist.10. Relief device according to claim 9, characterized gekenn¬ characterized in that at least one bearing element (10, 11, 17) is arranged elastically resilient from the bearing pairings.

11. Entlastungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungselement (3) mit Förderkanälen (29) und EintrittsöffnungβTi (30) versehen ist. 11. Relief device according to claims 1 to 10, characterized in that the relief element (3) with delivery channels (29) and inlet opening βTi (30) is provided.

12. En lastungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderkanäle (29) in radialer Richtung verlaufen.12. En load device according to claim 11, characterized in that the conveying channels (29) extend in the radial direction.

13. Entlastungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Eintrittsöffnungen (30) auf kleinerem Durchmesser als die Regelspalte (A, B) angeordnet sind.13. Relief device according to claim 11, characterized gekenn¬ characterized in that the inlet openings (30) are arranged on a smaller diameter than the control column (A, B).

14. Entlastungseinrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (2.1, 2.2) den Förderkanälen gegenüberliegende Durchεtrömöffnungen (33) angeordnet sind.14. Relief device according to claims 11 to 13, characterized in that in the housing (2.1, 2.2) the conveying channels opposite through-flow openings (33) are arranged.

15. Entlastungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine das Radiallager (17, 18) umgehende, die druckbelasteten Axiallagerräu e (15, 16) verbindende Druckbeeinflussungseinrichtung (19, 20).15. Relief device according to claims 1 to 13, characterized by a radial bearing (17, 18), the pressure-loaded axial bearing space (15, 16) connecting pressure influencing device (19, 20).

16. Entlastungεeinrichtung nach den Anεprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß einander gegenüberliegende Axiallagerelemente (9, 11; 10, 12) in radialer Richtung erstreckende Regelspalte (A, B) bilden.16. Relief device according to claims 1 to 15, characterized in that opposing axial bearing elements (9, 11; 10, 12) form control gaps (A, B) extending in the radial direction.

17. Entlaεtungεeinrichtung nach den Anεprüchen 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Lagerelemente Panzer¬ schichten auf das Entlastungselement (3) und/oder am Gehäuse (2.1, 2.2) aufgeschweißt, aufgespritzt oder in entsprechender Weise aufgebracht sind.17. Entlaεtungεeinrichtung according to claims 5 to 16, characterized in that as bearing elements Panzer¬ layers on the relief element (3) and / or on the housing (2.1, 2.2) are welded, sprayed on or applied in a corresponding manner.

18. Entlastungεeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungselement (3) und/oder das Gehäuse (2.1, 2.2) oder dessen Teile aus für Lagerzwecke verwendbaren, fluidbeständigen Werkstoffen besteht. 18. Relief device according to one or more of claims 1 to 17, characterized in that the relief element (3) and / or the housing (2.1, 2.2) or its parts consists of fluid-resistant materials that can be used for storage purposes.

19. Entlastungseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß anstelle der Lagerelemente oder der Panzer¬ schichten Teile des Entlastungselementes (3) und Gehäuse¬ teile aus für Lagerzwecke verwendbaren, fluidbeständigen Werkstoffen ausgeführt sind.19. Relief device according to claim 18, characterized gekenn¬ characterized in that instead of the bearing elements or the Panzer¬ layers parts of the relief element (3) and housing parts are made of usable for storage purposes, fluid-resistant materials.

20. Entlastungεeinrichtung nach den Anεprüchen 11 biε 19, dadurch gekennzeichnet, daß die die Regelεpalte (A) und (B) bildenden Axiallagerelemente auf gleichem Durchmesser angeordnet sind. 20. Relief device according to claims 11 to 19, characterized in that the axial bearing elements forming the control gaps (A) and (B) are arranged on the same diameter.